Micromotori elettrici. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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I motori elettrici sono solitamente divisi in tre gruppi: alta, media e bassa potenza. Per i motori a bassa potenza (li chiameremo micromotori) non è fissato alcun limite massimo di potenza; solitamente si tratta di diverse centinaia di watt. I micromotori sono ampiamente utilizzati negli elettrodomestici e nei dispositivi domestici (oggi ogni famiglia ha diversi micromotori - nei frigoriferi, negli aspirapolvere, nei registratori, nei lettori, ecc.), nelle apparecchiature di misurazione, nei sistemi di controllo automatico, nella tecnologia aeronautica e spaziale e in altre aree dell'attività umana.

I primi motori elettrici a corrente continua apparvero negli anni '30 del XIX secolo. Un grande passo avanti nello sviluppo dei motori elettrici fu compiuto grazie all'invenzione nel 1856 da parte dell'ingegnere tedesco Siemens di un convertitore a doppia armatura e alla sua scoperta nel 1866 del principio dinamoelettrico. Nel 1883 Tesla e nel 1885 Ferrari, indipendentemente l'uno dall'altro, inventarono il motore a induzione CA. Nel 1884, Siemens creò un motore CA a commutatore con un avvolgimento di campo in serie. Nel 1887, Haselwander e Dolivo-Dobrovolsky proposero un design del rotore con un avvolgimento a gabbia di scoiattolo cortocircuitato, che semplificò notevolmente il design del motore. Nel 1890, Chitin e Leblanc utilizzarono per la prima volta un condensatore a sfasamento.

I motori elettrici iniziarono ad essere utilizzati negli elettrodomestici nel 1887 - nei ventilatori, nel 1889 - nelle macchine da cucire, nel 1895 - nei trapani e nel 1901 - negli aspirapolvere. Tuttavia, fino ad oggi, la necessità di micromotori si è rivelata così grande (una moderna videocamera utilizza fino a sei micromotori) che sono emerse aziende e imprese specializzate per il loro sviluppo e produzione. Sono stati sviluppati numerosi tipi di micromotori, ciascuno dei quali verrà discusso in un articolo di questa serie.

Micromotori asincroni

I micromotori asincroni monofase sono il tipo più comune; soddisfano i requisiti della maggior parte degli azionamenti elettrici di dispositivi e dispositivi, caratterizzati da basso costo e livello di rumore, elevata affidabilità, non richiedono manutenzione e non contengono contatti mobili.

Включение. Un micromotore asincrono può avere uno, due o tre avvolgimenti. Un motore a singolo avvolgimento non ha una coppia di avviamento iniziale e deve essere avviato utilizzando, ad esempio, un motorino di avviamento. In un motore a due avvolgimenti, uno degli avvolgimenti, chiamato avvolgimento principale, è direttamente collegato all'alimentazione (Fig. 1).

Per creare una coppia di avviamento, una corrente deve fluire nell'altro avvolgimento ausiliario, sfasata rispetto alla corrente nell'avvolgimento principale. Per fare ciò, in serie all'avvolgimento ausiliario viene collegato un ulteriore resistore, che può essere di natura attiva, induttiva o capacitiva.

Molto spesso, nel circuito di alimentazione dell'avvolgimento ausiliario è incluso un condensatore, ottenendo così un angolo di fase ottimale delle correnti negli avvolgimenti pari a 90° (Fig. 1, b). Un condensatore permanentemente collegato al circuito di potenza dell'avvolgimento ausiliario è chiamato condensatore funzionante. Se, quando si avvia il motore, è necessario fornire una maggiore coppia di avviamento, in parallelo al condensatore di lavoro C, durante l'avvio viene acceso un condensatore di avviamento Ca (Fig. 1, c). Dopo che il motore ha raggiunto la velocità, il condensatore di avviamento viene spento tramite un relè o un interruttore centrifugo. In pratica, l'opzione in Fig. 1, b viene utilizzata più spesso.

L'effetto di sfasamento può essere ottenuto aumentando artificialmente la resistenza attiva dell'avvolgimento ausiliario. Ciò si ottiene includendo un resistore aggiuntivo o realizzando un avvolgimento ausiliario con filo ad alta resistenza. A causa del maggiore riscaldamento dell'avvolgimento ausiliario, quest'ultimo viene spento dopo l'avvio del motore. Tali motori sono più economici e più affidabili dei motori a condensatore, sebbene non consentano uno sfasamento di 90° delle correnti di avvolgimento.

Per invertire il senso di rotazione dell'albero motore, è necessario collegare un induttore o un induttore al circuito di potenza dell'avvolgimento ausiliario, in conseguenza del quale la corrente nell'avvolgimento principale sarà in anticipo in fase della corrente nell'avvolgimento ausiliario . In pratica questo metodo viene utilizzato raramente, poiché lo sfasamento è insignificante a causa della natura induttiva della resistenza dell'avvolgimento ausiliario.

Il metodo più comunemente utilizzato è lo sfasamento tra l'avvolgimento principale e quello ausiliario, che consiste nel cortocircuitare l'avvolgimento ausiliario. L'avvolgimento principale ha una connessione magnetica con l'avvolgimento ausiliario, per cui, quando l'avvolgimento principale è collegato alla rete di alimentazione, nell'avvolgimento ausiliario viene indotta una forza elettromagnetica e appare una corrente sfasata rispetto alla corrente dell'avvolgimento principale avvolgimento. Il rotore del motore inizia a ruotare nella direzione dall'avvolgimento principale a quello ausiliario.

Il motore a induzione trifase a tre avvolgimenti può essere utilizzato in modalità di alimentazione monofase. La Figura 2 mostra il collegamento di un motore a tre avvolgimenti utilizzando circuiti stella e triangolo in modalità operativa monofase (circuiti Steinmetz). Due dei tre avvolgimenti sono collegati direttamente alla rete di alimentazione, mentre il terzo è collegato alla tensione di alimentazione tramite un condensatore di avviamento. Per creare la coppia di spunto richiesta, è necessario includere in serie al condensatore un resistore, la cui resistenza dipende dai parametri degli avvolgimenti del motore.

avvolgimenti. A differenza dei motori asincroni a tre avvolgimenti, che sono caratterizzati da una disposizione spaziale simmetrica e parametri identici degli avvolgimenti sullo statore, nei motori con alimentazione monofase gli avvolgimenti principali e ausiliari hanno parametri diversi. Per gli avvolgimenti simmetrici il numero di cave per polo e per fase può essere determinato dall'espressione:

q = N / 2:XNUMX,

dove N è il numero di cave dello statore; m - numero di avvolgimenti (fasi); p - numero di poli.

Negli avvolgimenti quasi simmetrici il numero di cave e la larghezza degli avvolgimenti differiscono leggermente, mentre la resistenza attiva e induttiva degli avvolgimenti principali e ausiliari hanno valori diversi.

Negli avvolgimenti asimmetrici il numero di cave occupate da ciascun avvolgimento varia in modo significativo. Pertanto, gli avvolgimenti principale e ausiliario hanno un numero di spire diverso. Un tipico esempio è l'avvolgimento 2/3-1/3 (Fig. 3), in cui 2/3 delle cave dello statore sono occupate dall'avvolgimento principale e 1/3 da quello ausiliario.

disegno. La Figura 4 mostra una sezione trasversale di un motore con due avvolgimenti concentrati o bobina posizionati sui poli dello statore.

Ciascun avvolgimento (principale 1 e ausiliario 2) è formato da due bobine poste su poli opposti. Le bobine vengono poste sui poli e inserite nel giogo della macchina, che in questo caso ha forma quadrata. Sul lato del traferro le bobine sono trattenute da speciali sporgenze che svolgono la funzione di espansioni polari 3. Grazie a loro, la curva di distribuzione dell'induzione del campo magnetico nel traferro si avvicina ad una sinusoide. Senza queste sporgenze, la forma della curva indicata è quasi rettangolare. Sia un condensatore che un resistore possono essere utilizzati come elemento di sfasamento per un tale motore. È anche possibile cortocircuitare l'avvolgimento ausiliario. In questo caso il motore viene trasformato in una macchina asincrona a poli schermati.

I motori a poli schermati vengono spesso utilizzati per la semplicità del design, l'elevata affidabilità e il basso costo. Un tale motore ha anche due avvolgimenti sullo statore (Fig. 5).

L'avvolgimento principale 3 è realizzato sotto forma di bobina ed è collegato direttamente alla rete di alimentazione. L'avvolgimento ausiliario 1 è cortocircuitato e contiene da una a tre spire per polo. Copre parte del polo, da qui il nome del motore. L'avvolgimento ausiliario è costituito da filo di rame tondo o piatto con una sezione trasversale di diversi millimetri quadrati, che viene piegato in spire di forma appropriata. Le estremità dell'avvolgimento vengono quindi collegate mediante saldatura. Il rotore del motore è a gabbia di scoiattolo e alle sue estremità sono fissate alette di raffreddamento che migliorano la rimozione del calore dagli avvolgimenti dello statore.

Le opzioni di progettazione per i motori a poli schermati sono mostrate nelle Figure 6 e 7.

In linea di principio, l'avvolgimento principale può essere posizionato simmetricamente o asimmetricamente rispetto al rotore. La Figura 6 mostra il design di un motore con un avvolgimento principale asimmetrico 5 (1 - foro di montaggio; 2 - shunt magnetico; 3 - avvolgimento cortocircuitato; 4 - fori di montaggio e regolazione; 6 - telaio di avvolgimento; 7 - giogo). Un tale motore ha una significativa dissipazione del flusso magnetico nel circuito magnetico esterno, quindi la sua efficienza non supera il 10-15% ed è prodotto per una potenza non superiore a 5-10 W.

Dal punto di vista della producibilità, un motore con un avvolgimento principale posizionato simmetricamente è più complesso. Nei motori con una potenza di 10-50 W, viene utilizzato uno statore composito (Fig. 7, dove: 1 - anello del giogo; 2 - anello cortocircuitato; 3 poli; 4 - rotore con avvolgimento a gabbia di scoiattolo; 5 - shunt magnetico). Dato che i poli del motore sono coperti da un giogo e gli avvolgimenti si trovano all'interno del sistema magnetico, i flussi di dispersione magnetica qui sono significativamente inferiori rispetto alla progettazione di Fig. 6. L'efficienza del motore è del 15-25%.

Per modificare la velocità di rotazione di un motore a poli schermati, viene utilizzato un circuito a poli incrociati (Fig. 8). Implementa semplicemente la commutazione del numero di coppie di poli dell'avvolgimento dello statore, per modificarlo è sufficiente accendere gli avvolgimenti collegati in direzioni opposte. Anche i motori a poli schermati utilizzano il principio del controllo della velocità, che consiste nel commutare le bobine dell'avvolgimento da una connessione in serie a una connessione in parallelo.

Micromotori sincroni

I motori sincroni con alimentazione monofase vengono utilizzati in orologi, contatori, relè orari, sistemi di regolazione e controllo, strumenti di misura, apparecchiature di registrazione del suono, ecc. In un motore sincrono viene creato un campo magnetico rotante, la cui velocità di rotazione è costante e non dipende dalle variazioni del carico. Come un motore a induzione monofase, un motore sincrono produce un campo magnetico rotante ellittico. In caso di sovraccarico, i micromotori sincroni perdono la sincronizzazione. Dopo aver applicato loro la tensione di alimentazione, è necessario creare le condizioni in cui il motore accelererà e verrà portato in sincronismo. Esistono motori sincroni a riluttanza, a isteresi e motori eccitati da magneti permanenti.

motori jet

Con una potenza fino a 100 W, un motore sincrono è realizzato con due avvolgimenti: quello principale e quello ausiliario, e in serie con quest'ultimo è collegato un condensatore di sfasamento. Lo statore di un motore sincrono a riluttanza non è strutturalmente diverso dallo statore di un motore asincrono. Sul rotore di un motore sincrono è presente un avvolgimento cortocircuitato (“gabbia di scoiattolo”), che garantisce un avviamento affidabile del micromotore sincrono. A una velocità di rotazione vicina a quella sincrona, il motore accelera come asincrono, quindi viene automaticamente portato in sincronismo e il rotore continua a ruotare a velocità sincrona. Il design del rotore di un motore sincrono è mostrato in Fig. 9.

Lungo la sua circonferenza sono presenti scanalature con passo uniforme (Fig. 9, a) e la profondità delle scanalature è 10-20 volte maggiore della lunghezza del traferro di lavoro. L'alluminio viene versato in queste scanalature e le aste di avvolgimento del rotore così formate vengono cortocircuitate utilizzando anelli di alluminio saldati su entrambi i lati alle estremità delle aste. A parità di potenza reattiva consumata dalla rete, la coppia utile sull'albero di un motore sincrono è due volte inferiore alla coppia sull'albero di un motore asincrono. Anche l'efficienza e il costo di un motore sincrono sono peggiori di quelli di uno asincrono. Ciò è spiegato dal fatto che il traferro di un motore sincrono è maggiore di quello di un motore asincrono.

Modificando la conduttività delle singole sezioni del circuito magnetico del motore, è possibile dirigere il flusso magnetico nella direzione desiderata. Ciò può essere ottenuto utilizzando cavità speciali in un materiale magnetico morbido riempito con lega di alluminio. La Figura 9b mostra un rotore bipolare realizzato in modo simile. In questo caso la lunghezza del traferro di lavoro, come quella di un motore asincrono, rimane invariata lungo tutta la circonferenza dello statore. La potenza di un tale motore sincrono è vicina alla potenza di un motore asincrono con alimentazione monofase.

Motori di isteresi

In termini di progettazione, lo statore di un motore a isteresi non differisce dagli statori dei motori precedentemente considerati (asincrono, riluttanza sincrona). A una bassa velocità di rotazione del motore a isteresi, il suo statore è realizzato con poli a forma di artiglio (Fig. 10).

Contiene un giogo 1 con un avvolgimento le cui spire si alternano lungo la circonferenza dello statore, formando così una sequenza di elettromagneti a polarità alternata (NSNS...); 2 - pali a forma di artiglio; 3 - boccola in materiale sintetico; 4 - flusso di dispersione, 5 - flusso magnetico utile; 6 - rotore; 7 - avvolgimento ad anello; 8 - telaio di avvolgimento. Ai lati delle bobine sono installate piastre per chiudere il flusso magnetico. Quando l'avvolgimento dello statore è collegato alla rete di alimentazione, nel traferro di lavoro viene creato un campo magnetico multipolare.

La Fig. 11 mostra quattro poli posti uno dopo l'altro (1 - nord principale; 2 - nord ausiliario; 3 - anello cortocircuitato; 4 - avvolgimento di eccitazione dell'anello; 5 - polo sud principale; 6 - polo sud ausiliario). Anelli (o avvolgimenti) cortocircuitati, disposti concentricamente rispetto alla bobina dell'avvolgimento statorico, presentano coefficienti di accoppiamento diversi con i poli principale e ausiliari. In questo modo viene assicurato uno sfasamento dei flussi magnetici dei poli indicati, la cui conseguenza è la comparsa di un campo magnetico rotante ellittico.

Il rotore ha un anello in materiale ferromagnetico con ampio anello di isteresi. La forza coercitiva di questo materiale dovrebbe essere inferiore a quella dei materiali magnetici duri utilizzati per realizzare magneti permanenti. Altrimenti sarà necessario un potente campo magnetico per rimagnetizzare l'anello. L'anello del rotore è dotato di finestre, il cui numero corrisponde al numero di poli dello statore, che garantisce la rotazione sincrona del rotore grazie alla coppia reattiva.

Motori con eccitazione a magneti permanenti

Un motore sincrono contenente un rotore costituito da magneti permanenti è strutturalmente simile a un motore con poli a forma di artiglio (vedi Fig. 10). Il vantaggio principale di un motore a magneti permanenti rispetto ai motori ad isteresi è che la coppia che sviluppa a parità di dimensioni è 20-30 volte maggiore della coppia di un motore ad isteresi. Inoltre, i motori a magneti permanenti sono più affidabili. Per avviare il motore è necessario mettere in movimento il rotore, quindi il carico non deve essere fissato all'albero tramite un collegamento rigido. I motori a bassa potenza contengono un rotore con un anello di magnete permanente in ferrite che, con un piccolo numero di poli, è magnetizzato in direzione radiale.

Con un numero elevato di poli, il rotore è magnetizzato in direzione assiale e presenta poli a forma di artiglio (Fig. 12), dove 1 anello è costituito da un magnete permanente; 2 - boccola. Il design dello statore utilizzato nei motori ad alta potenza non è praticamente diverso dal design dello statore di un motore asincrono con avvolgimento distribuito. I design dei rotori sono molto diversi.

La Figura 13 mostra tre opzioni di progettazione per motori sincroni a quattro poli eccitati da magneti permanenti. In Fig. 13, a, la ferrite di bario viene utilizzata per i motori, in Fig. 13, b - una lega a base di un composto di elementi di terre rare e cobalto, in Fig. 13, c - lega di alnico (1 - avvolgimento a gabbia di scoiattolo; 2 - magneti permanenti; 3 - shunt magnetici).

Per garantire l'avviamento asincrono, tutti i rotori hanno un avvolgimento dell'asta cortocircuitato, come in un motore asincrono.

Motori universali

I motori a commutatore con eccitazione in serie sono chiamati universali perché possono funzionare sia da una rete CC che CA. Costituiscono il gruppo più importante delle micromacchine. La velocità del motore non dipende dalla frequenza della tensione di alimentazione, per cui questi motori, a differenza di quelli asincroni, possono avere una velocità di rotazione superiore a 3000 giri al minuto. Il vantaggio dei motori universali è la facilità di controllo della velocità commutando le prese dell'avvolgimento di campo in serie o il controllo di fase mediante triac. Come svantaggio si segnala il costo maggiore di un motore universale rispetto a uno asincrono, a causa della presenza di un avvolgimento sul rotore e di un gruppo spazzola-commutatore (che crea anche ulteriore rumore e si consuma rapidamente).

disegno. I motori universali hanno un design bipolare. Per ridurre le perdite dovute alle correnti parassite, i circuiti magnetici dello statore e del rotore sono laminati.

La Fig. 14 mostra diverse opzioni di progettazione per lo statore del motore: Fig. 14, a - statore con avvolgimenti realizzati a macchina; Fig. 14, b - statore con avvolgimento di campo, prodotto e posato manualmente; Fig. 14,c - statore con due avvolgimenti di campo remoti; Fig. 14, d - statore con un avvolgimento di eccitazione remota. L'avvolgimento dello statore (eccitazione) di un motore universale è solitamente costituito da due sezioni o bobine, tra le quali è presente un'armatura, il cui avvolgimento è collegato in serie con l'avvolgimento di campo. Gli avvolgimenti dell'indotto possono essere avvolti con un doppio filo. Quando le fessure del rotore sono rettangolari, le bobine sono posizionate parallele tra loro. L'avvolgimento dell'indotto è costituito da due rami paralleli lungo i quali viene distribuita la corrente del motore che passa attraverso le spazzole.

In un motore universale, particolare attenzione dovrebbe essere prestata al gruppo spazzole-raccoglitore.

I modelli più comunemente utilizzati di portaspazzole sono mostrati in Fig. 15, a, b, i modelli in Fig. 15, c, d sono più economici e vengono utilizzati in motori meno potenti; Fig. 15, d mostra una spazzola con fusibili (1 - coperchio; 2 terminale; 3 - supporto; 4 - spazzola; 5 collettore; 6 - filtro choke; 7 asse di rotazione; 8 - anello; 9 - gancio; 10 - lamella di rame; 11 - scanalatura; 12 - isolante; 13 - terminale; 14 - molla; 15 nipplo dielettrico). Il corpo della spazzola ha una cavità cilindrica. Il design della spazzola (Fig. 15e) è tale che quando la spazzola viene attivata fino all'estremità della cavità, il nipplo poggia contro la superficie del commutatore. Poiché il nipplo è realizzato in materiale isolante, il contatto della spazzola con il commutatore viene interrotto e l'ulteriore funzionamento del motore diventa impossibile.

Caratteristiche del lavoro in corrente continua. Quando il motore funziona da una rete a corrente continua, la caduta di tensione sull'indotto e sugli avvolgimenti di eccitazione dipende solo dalla loro resistenza attiva, pertanto, a parità di altre condizioni, la tensione, la corrente, il flusso magnetico e la fem nell'avvolgimento dell'indotto sono maggiori di quando alimentato da una rete a corrente alternata. Ciò porta ad un cambiamento nella velocità del motore. Se, quando alimentato da reti a corrente continua e alternata, è necessario che il motore funzioni alla stessa velocità, nella modalità a corrente continua il motore deve avere un numero maggiore di giri nell'avvolgimento di campo.

Controllo della velocità. Se si fanno ulteriori conclusioni nell'avvolgimento di eccitazione, commutandole è possibile modificare la frequenza di rotazione (Fig. 16, a). Al diminuire del numero di giri aumenta la velocità di rotazione. Il secondo metodo consiste nell'installare un resistore variabile in serie con gli avvolgimenti del motore (Fig. 16b). All'aumentare della resistenza del resistore, la velocità del motore diminuisce. Il terzo metodo consiste nell'utilizzare un trasformatore di controllo (Fig. 16, c). L'aumento della tensione di alimentazione porta ad un aumento della velocità del motore. Il quarto metodo consiste nel deviare l'avvolgimento dell'armatura con un resistore variabile (Fig. 16d). Quando la resistenza del resistore diminuisce, diminuisce anche il numero di giri. Questo metodo è utile perché quando il carico viene eliminato, il motore non va in overdrive.

La regolazione precisa della velocità di rotazione può essere ottenuta in un circuito elettronico triac (Fig. 17). Il triac “interrompe” parte del semiciclo della tensione alternata. Per invertire il motore è necessario cambiare la polarità del collegamento dell'avvolgimento dell'indotto o dell'avvolgimento di campo.

Stabilizzazione della velocità. I motori universali hanno una caratteristica meccanica molto morbida, vale a dire forte dipendenza della velocità di rotazione dalla coppia di carico. Per stabilizzare la velocità di rotazione sotto carichi variabili, in particolare, vengono utilizzati regolatori meccanici. Ad esempio, è possibile utilizzare un interruttore centrifugo, il cui contatto è collegato in parallelo con un resistore aggiuntivo. Questo metodo garantisce la stabilità della velocità di rotazione entro l'1%, ma solo per il valore di velocità per il quale è progettato l'interruttore centrifugo. Pertanto, i regolatori elettronici vengono sempre più utilizzati.

Nei regolatori elettronici (Fig. 17), ad esempio, la FEM dell'avvolgimento dell'indotto viene utilizzata come segnale di feedback proporzionale al valore effettivo della velocità di rotazione. All'aumentare di questo valore, aumenta l'angolo di controllo del triac, il che porta ad una diminuzione della velocità del motore. La precisione di stabilizzazione con questo metodo è del 10%. Esistono metodi più complessi (ma anche più costosi).

Motori DC con eccitazione a magneti permanenti

Attualmente, tali motori sono prodotti principalmente con una tensione di alimentazione di 12 V e vengono utilizzati negli azionamenti di automobili, macchine da scrivere, apparecchiature mediche e domestiche.

Designs I motori a magneti permanenti sono molto diversi. Ciò è dovuto alle diverse esigenze di prestazioni e costi dei motori.

La Fig. 18a mostra gli elementi di progettazione di motori semplici ed economici con anelli magnetici realizzati in composti di ferrite (1 - segmenti magnetici; 2 - rotore; 3 - pacco statore; 4 poli; 5 - anello magnetico; 6 - magnetizzazione radiale; 7 - magnetizzazione diametrale; 8 - magnete rettangolare). Questi magneti sono magnetizzati in direzione radiale o assiale. L'alloggiamento del motore è realizzato in materiale magnetico morbido laminato, a forma di cilindro o di vaso allungato. L'alloggiamento serve a chiudere il flusso magnetico dei magneti permanenti. Il pacco rotorico è costituito da lamiere di acciaio elettrico senza additivi siliconici (spessore 1 mm). Il rotore si trova su cuscinetti autoallineanti e contiene un numero limitato di scanalature, il che riduce il costo dell'avvolgimento dell'armatura.

La Fig. 18b mostra elementi di progetti di motori a magneti permanenti più costosi (dove 9 sono poli; 10 sono espansioni polari). Utilizzano materiali magnetici duri alnico (Al, Ni, Co) e magneti realizzati con metalli delle terre rare. Questi motori hanno un corpo massiccio e il rotore è realizzato in acciaio elettrico di alta qualità. L'efficienza di tali motori supera l'80%. Accensione del motore. Se un motore CC riceve alimentazione da una batteria, quindi, se necessario, regola la sua velocità di rotazione, vengono utilizzati regolatori di impulsi (Fig. 19, a, dove U è la tensione di alimentazione; Um tensione di impulso; Ra, La e Ui sono, rispettivamente , resistenza attiva, induttanza e avvolgimento dell'indotto EMF; Фр - flusso magnetico del polo).

La Figura 19b mostra l'andamento della tensione Um e della corrente i(t) nel motore. La velocità del motore è direttamente proporzionale al ciclo di lavoro degli impulsi di tensione attivati ​​​​utilizzando un tiristore o un potente transistor.

Il motore CC è alimentato dalla rete CA tramite un raddrizzatore collegato tramite un circuito a ponte monofase (Fig. 20). In questo caso la velocità di rotazione può essere controllata nel modo sopra descritto.

Un'altra possibilità per controllare la velocità è utilizzare spazzole con posizione regolabile rispetto all'armatura. La tensione di alimentazione può essere fornita alle spazzole poste sul neutro geometrico (a-a) oppure ad una di queste spazzole e ad una spazzola aggiuntiva a' (Fig. 21), situata ad un angolo β rispetto alla seconda spazzola. In questi due casi, il rapporto tra i regimi del motore ha la forma

n₀/n = 2/(1 + cosβ).

Motori DC con rotore non magnetico. Nei servomotori e nei motori dei dispositivi di automazione vengono spesso posti requisiti maggiori sui valori delle costanti di tempo elettromagnetiche o elettromeccaniche, che dovrebbero essere i più piccoli possibile. Per risolvere questo problema sono stati sviluppati due tipi di design del motore: 1) cavo o a campana; 2) con rotore a disco. I primi vengono prodotti con una potenza di 1 - 20 W, i secondi con una potenza di oltre 20 W.

Nei motori con rotore cavo, quest'ultimo è realizzato sotto forma di un vetro di materiale isolante elettrico sintetico, sulla cui superficie è fissato l'avvolgimento (Fig. 22, dove 1 - commutatore; 2 - spazzola; 3 - alloggiamento; 4 - strato superiore dell'avvolgimento; 5 - strato inferiore dell'avvolgimento). Il rotore ruota nel campo magnetico dei magneti permanenti installati sullo statore e forma un sistema di eccitazione a due o quattro poli.

Nei motori con rotore a disco, quest'ultimo ha la forma di un disco su cui si trovano magneti ad anello o segmento, creando un flusso magnetico nella direzione assiale (Fig. 23, dove 1 spazzola; 2 - magneti cilindrici e ad anello; 3 - rotore del disco).

I magneti possono essere posizionati su entrambi i lati del disco del rotore. Nei motori a bassa potenza, il disco del rotore è realizzato in materiale isolante elettrico con avvolgimento stampato o stampato. La coppia sull'albero motore praticamente non cambia, poiché l'avvolgimento è posizionato uniformemente attorno alla circonferenza del rotore. Pertanto, tali motori sono più adatti per gli azionamenti elettrici che richiedono il mantenimento di una velocità stabile. Questi motori non richiedono il commutatore utilizzato nei motori DC convenzionali perché le spazzole scorrono sulle estremità dei conduttori di avvolgimento stampati. Nei motori di potenza maggiore viene utilizzato un rotore con un avvolgimento riempito con un composto speciale per fissarlo al rotore. Tali motori hanno un design a collettore convenzionale.

Motori BLDC

Nei moderni microazionamenti i motori presentano requisiti sempre più severi. Da un lato, devono avere un'elevata affidabilità e semplicità di progettazione dei motori asincroni, dall'altro semplicità e un'ampia gamma di controllo della velocità per i motori CC. I motori con circuiti di controllo elettronici, o motori brushless, soddisfano pienamente questi requisiti. Allo stesso tempo, non presentano gli svantaggi dei motori asincroni (consumo di potenza reattiva, perdite del rotore) e sincroni (pulsazioni della velocità di rotazione, perdita di sincronismo).

I motori commutati sono macchine CC senza contatto eccitate da magneti permanenti con uno statore a avvolgimento singolo o multiplo. La commutazione degli avvolgimenti dello statore viene effettuata in base alla posizione del rotore. Il circuito elettronico di controllo comprende speciali sensori di posizione del rotore. I motori delle valvole vengono utilizzati in strumenti e apparecchi di alta qualità, ad esempio negli azionamenti elettrici di registratori e videoregistratori, nelle apparecchiature di misurazione, nonché in quegli azionamenti elettrici in cui è necessario garantire un posizionamento ad alta precisione del rotore e l'elemento di lavoro associato. In questa veste competono con successo con i motori passo-passo.

Nei motori CC a commutatore, il flusso magnetico di eccitazione ha la stessa direzione ed è stazionario nello spazio. La forza magnetizzante dell'avvolgimento dell'indotto Θ2 si trova ad un angolo di 90° rispetto al flusso di eccitazione magnetica Ф₁ (Fig. 24). Grazie al commutatore l'angolo di 90° mantiene il suo valore anche quando il rotore gira.

Il motore del rotore ha magneti permanenti sul rotore che creano un flusso di eccitazione magnetica e l'avvolgimento dell'indotto si trova sullo statore (Fig. 25, a - nella posizione originale; b - quando ruotato di un angolo α). L'avvolgimento dello statore è alimentato in modo tale che tra la sua forza magnetizzante Θ1 e il flusso di eccitazione Ф₂ l'angolo viene mantenuto a 90°. Con un rotore rotante, questa posizione può essere mantenuta quando si commutano gli avvolgimenti dello statore. In questo caso gli avvolgimenti dello statore devono commutare in determinati momenti e con una determinata sequenza.

La posizione del rotore viene determinata, ad esempio, utilizzando un sensore Hall. Il sensore di posizione controlla il funzionamento degli interruttori elettronici (transistor). Pertanto, senza un circuito elettronico, il funzionamento del motore della valvola è impossibile. All'aumentare del numero di avvolgimenti dello statore, aumenta la complessità del circuito di controllo elettronico. Pertanto, tali motori di solito utilizzano non più di quattro avvolgimenti. I modelli di motori economici contengono un singolo avvolgimento.

Lo schema di un motore a avvolgimento singolo è mostrato in Fig. 26, a. Sullo statore è presente un avvolgimento 1, che è collegato alla tensione di alimentazione tramite transistor VT1 (Fig. 26b). Il rotore del motore è costituito da un magnete permanente e ha una coppia di poli. Il segnale di controllo alla base del transistor è fornito dal sensore Hall HG. Se questo sensore entra in un campo magnetico, ad esempio un magnete aggiuntivo, alla sua uscita appare una tensione Un, che accende il transistor. Il transistor può essere solo aperto o solo chiuso.

La Figura 27,a mostra la posizione del sensore Hall e del magnete aggiuntivo (sezione trasversale lungo l'asse) e la Figura 27,b - attraverso l'asse. Il sensore Hall reagisce al polo nord del magnete aggiuntivo (N).

La figura 28, a mostra uno schema strutturale di un motore a due avvolgimenti.

Lo statore ha due avvolgimenti 1 e 2, attraverso i quali scorrono correnti di segno opposto oppure gli avvolgimenti hanno direzioni di avvolgimento opposte. Gli avvolgimenti vengono commutati utilizzando a turno i transistor VT1 e VT2 (Fig. 28b). Per fare ciò, il sensore Hall deve avere due uscite, su una appare un impulso quando passa il polo nord di un magnete aggiuntivo, sull'altro - quando passa il polo sud. Questa modalità può essere implementata anche in un motore a avvolgimento singolo, ma per questo è necessario disporre di due alimentatori e due transistor. In questo caso si parla di motore a singolo avvolgimento con alimentazione bipolare.

La Figura 29a mostra uno schema di un motore a tre avvolgimenti. Il suo statore ha tre avvolgimenti (1, 2, 3), disposti lungo la sua circonferenza con un angolo di 120° l'uno rispetto all'altro. Ciascuno degli avvolgimenti è collegato alla fonte di alimentazione tramite un interruttore a transistor separato. Per controllare i transistor vengono utilizzati tre sensori Hall. La corrente scorre attraverso ciascun avvolgimento per un terzo del periodo. Questa corrente impulsiva ha una componente costante, che non crea coppia, ma aumenta le perdite di riscaldamento degli avvolgimenti. Un motore a tre avvolgimenti può essere acceso utilizzando un circuito a onda intera, che contiene sei transistor (Fig. 29, b).

Un motore con quattro avvolgimenti statorici è relativamente economico perché utilizza solo due sensori Hall con quattro transistor, semplificando il circuito di controllo. Gli avvolgimenti 1-4 (fig. 30, a, b) si trovano sullo statore con un angolo di 90°. I sensori Hall vengono eccitati dai magneti permanenti del rotore del motore. Esistono due modi per controllare il motore: con commutazione a 90 gradi e 180 gradi. Con la commutazione a 90 gradi, la corrente scorre attraverso solo un avvolgimento su quattro alla volta.

Il circuito di controllo del motore è mostrato in Fig. 31 e la posizione dei magneti di controllo e dei sensori Hall è mostrata in Fig. 32. Con questa disposizione, i transistor vengono accesi nel seguente ordine: VT1, VT3, VT2, VT4.

Con la commutazione a 180 gradi, il design del motore è lo stesso, ma in ciascuno dei quattro avvolgimenti la corrente scorre per mezzo ciclo, il che porta alla sovrapposizione delle correnti negli avvolgimenti. I sensori Hall non funzionano da magneti permanenti, ma da un rotore magnetizzato. Pertanto, la forma della tensione di uscita dei sensori Hall è coseno e i transistor VT1-VT4 funzionano non in modalità pulsata, ma in modalità lineare. La modalità di commutazione a 180 gradi può essere implementata anche in un motore a due avvolgimenti se due transistor con due fonti di alimentazione sono collegati al circuito di ciascun avvolgimento.

Per mantenere un dato valore della velocità di rotazione di un motore di valvola, è possibile utilizzare il diagramma di Fig. 33.

Come segnale di feedback viene utilizzata la FEM dell'avvolgimento dello statore, che è proporzionale alla velocità del rotore. Un circuito di selezione della tensione massima è assemblato utilizzando diodi. Dei quattro diodi solo uno è aperto e attualmente ha la tensione più alta. Il risultato è un raddrizzatore quadrifase, la sua componente CC della tensione di uscita è proporzionale alla velocità di rotazione. All'ingresso del transistor VT6 è collegato il condensatore C6, che attenua le increspature del raddrizzatore. All'aumentare della velocità di rotazione, aumenta la corrente del transistor VT6, il che porta ad una diminuzione della corrente nel transistor VT5, il che significa che diminuisce la corrente dalle uscite dei sensori Hall ai transistor VT1-VT4. Ciò porta ad una diminuzione della velocità del motore.

Motori passo-passo

Sono numerosi i dispositivi e gli apparati in cui all'azionamento elettrico è affidato il compito di posizionare in modo rapido e preciso una particolare unità o elemento di lavoro. In questi casi vengono utilizzati motori elettrici con movimento discreto del rotore (a gradini). Un motore che converte gli impulsi elettrici in impulsi meccanici è chiamato motore passo-passo.

L'azionamento elettrico dello stepper comprende, oltre al motore passo-passo, un'unità di controllo elettronica (Fig. 34), dove 1 è l'indicatore di riferimento; 2 - circuito di controllo; 3 - unità elettronica o microprocessore; 4 - interruttore; 5 - blocco di potenza; 6 - alimentazione; 7 - motore). I motori passo-passo funzionano principalmente secondo il principio di un motore sincrono, quindi presentano anche svantaggi simili: la possibilità di perdere il sincronismo e la tendenza del rotore a oscillare durante l'esecuzione di un passo.

disegno. Un motore passo-passo è costituito da diversi motori, i cui avvolgimenti hanno direzioni di avvolgimento avanti e indietro. Poiché gli avvolgimenti sono distribuiti uniformemente attorno alla circonferenza dello statore, il rotore segue gli avvolgimenti commutati in sequenza (Fig. 35). Il rotore è realizzato in materiale magneticamente duro o magneticamente morbido, oppure in una combinazione di entrambi. Negli ultimi due casi sono presenti dei denti sul rotore. Nella Fig. 35, b, ciascuna parte del rotore ha quattro denti. Con un numero di pacchi m e poli 2p, il rotore fa z passi z = 2pm per giro. Il numero di passi determina la dimensione del passo lungo l'angolo αt; = 2p/z. Il disegno in Fig. 35b ha m = 3 e 2р = 4, che corrisponde a z = 12 e α = 30°.

La modalità operativa con commutazione di singoli avvolgimenti è chiamata modalità passo intero. Tuttavia, è possibile accendere contemporaneamente due avvolgimenti adiacenti nel disegno di Fig. 35, a. in questo caso il rotore ruota di mezzo passo. Questa modalità è chiamata modalità passo frazionario. In questo caso, nell'espressione per z, è necessario introdurre il coefficiente k, tenendo conto della modalità operativa del motore. Per la modalità a passo intero k = 1, per la modalità a passo frazionario k = 2. Il frazionamento del passo consente di ridurre il numero di avvolgimenti, semplificare il circuito di controllo e ridurre il costo dell'azionamento elettrico.

Oltre ad aumentare il numero di avvolgimenti, è possibile ridurre il passo aumentando il numero di poli o di denti del rotore. In questo caso vengono poste maggiori esigenze in termini di precisione nella produzione del rotore. Inoltre, un rotore multipolare è molto più difficile da magnetizzare. Pertanto, non solo il rotore, ma anche lo statore è realizzato con ingranaggi (Fig. 36).

Lo statore e il rotore presentano alcune differenze nel numero di denti. I denti del rotore “extra” si trovano tra i poli dello statore. In questo progetto è anche possibile implementare modalità a passo intero e frazionario. Se attraverso l'avvolgimento dello statore vengono fatte passare correnti di un certo valore, in linea di principio è possibile ottenere qualsiasi passaggio, ma ciò comporterà una significativa complicazione dell'unità di controllo. I riduttori possono essere utilizzati anche per ridurre il passo. In questo caso, la coppia sull'albero del meccanismo messo in rotazione aumenta e il suo momento di inerzia diminuisce, e l'attrito nel cambio aiuta a smorzare le oscillazioni del rotore del motore passo-passo. Ma l'uso di un riduttore porta ad un aumento dell'errore di passo.

Un motore con un rotore a magnete permanente è chiamato motore a rotore attivo (motore PM). Un motore il cui rotore è costituito da un materiale magnetico morbido è chiamato motore a rotore a riluttanza (motore VR). Questo motore deve avere almeno tre avvolgimenti, mentre in un motore PM sono sufficienti due avvolgimenti. Inoltre, esistono progetti che combinano le caratteristiche dei motori a rotore attivo e reattivo. In questi modelli ibridi, anche il rotore a magnete permanente è dotato di denti.

Il confronto di tre tipi di motori passo-passo è mostrato nella Tabella 1

Tabella 1

I motori passo-passo possono fornire non solo movimento rotatorio, ma anche traslatorio del meccanismo di azionamento elettrico. Tali motori passo-passo sono chiamati lineari. Vengono utilizzati, ad esempio, per posizionare diversi dispositivi sul piano XY, con il movimento lungo ciascuna coordinata effettuato utilizzando un avvolgimento separato. Oltre ai motori passo-passo lineari elettromagnetici, esistono quelli piezoelettrici. La Figura 37a mostra uno schema di tale motore. Il suo design comprende due elettromagneti M1 e M2 (1), che possono scorrere lungo una trave di acciaio 4, e un cavo piezoelettrico 3.

Il design del cavo piezoelettrico è illustrato in Fig. 37, b. Se viene applicata tensione agli elettrodi 2, a seconda della sua polarità, gli elementi del cavo 5 si comprimeranno o si allungheranno. Quando viene applicata la tensione agli avvolgimenti degli elettromagneti, questi verranno fissati alla trave di acciaio. La Figura 37,c mostra la sequenza degli impulsi di tensione forniti agli avvolgimenti degli elettromagneti e agli elettrodi del cavo piezoelettrico, nonché il processo di spostamento degli elettromagneti.

Circuiti di controllo. La Fig. 38 mostra i circuiti di controllo per motori passo-passo, in cui sono implementati due metodi di controllo principali: unipolare e bipolare. Con il controllo unipolare (Fig. 38, a), viene utilizzato un motore passo-passo a due pacchi, su ciascun pacco di statori A e B di cui ci sono due avvolgimenti A1, A2 e B1, B2. Gli avvolgimenti di ciascun pacco formano una coppia di poli e creano una forza magnetizzante di segni diversi.

La Figura 39 mostra lo schema di collegamento per un motore con rotore ibrido. L'avvolgimento ad anello di ciascun pacco statorico con poli a forma di artiglio contiene due semiavvolgimenti.

Il circuito di controllo di Fig. 38a è semplice, ma allo stesso tempo l'utilizzo del motore peggiora, poiché solo uno dei due avvolgimenti statorici è in funzione. Con il controllo bipolare (Fig. 38, b), aumenta l'utilizzo del motore, anche se allo stesso tempo il circuito di controllo diventa più complicato. Pertanto, questo metodo di controllo viene utilizzato nei motori elettrici con maggiori requisiti in termini di parametri di peso e dimensioni.

Controllo del motore

Le equazioni che descrivono il motore per ciascuna fase sono le seguenti:

Vm = Rm Im + Em;

Em=K₁w;

M=K₂io sono,

dove Vm è la tensione fornita; Im - consumo corrente; Em - tensione di autoinduzione; Rm - resistenza dell'avvolgimento; M momento di forza sull'albero; w - velocità angolare di rotazione del rotore; A₁ e K₂ - coefficienti di proporzionalità.

Pertanto, per ciascuna fase della tensione fornita, il motore è rappresentato da un circuito equivalente costituito da un resistore e una sorgente di tensione collegati in serie. Il resistore rappresenta la resistenza degli avvolgimenti, la sorgente di tensione rappresenta la tensione di autoinduzione degli avvolgimenti (Fig. 40).

I motori funzionano in una delle due modalità. Nella prima modalità, la velocità del motore è impostata dalla frequenza della tensione fornita ad esso. Nella seconda modalità, il motore stesso, commutando gli avvolgimenti con spazzole o commutando gli avvolgimenti in base ai segnali dei sensori di posizione, imposta la velocità di rotazione in base alla tensione applicata e al carico sull'albero. Il controllo dei motori DC si riduce a fornirgli la tensione richiesta di una determinata polarità, poiché il valore della tensione determina la velocità e la polarità determina la direzione di rotazione. Un tipico circuito dello stadio di uscita e il funzionamento dei comandi di controllo sono mostrati in Fig. 41.

Il circuito di controllo invia segnali F (avanti) - avanti e R (indietro) - indietro. Quando vengono applicati questi segnali, la polarità della tensione applicata al motore cambia. Se questi comandi vengono applicati contemporaneamente (F = R = 1) o rimossi (F = R = 0), il motore funziona sia in modalità frenata che in modalità arresto. La differenza tra loro è che durante la modalità di frenatura il motore è praticamente cortocircuitato. In modalità di arresto, il motore funziona in condizioni prossime al minimo, vale a dire ruota per inerzia. Durante la frenata il motore si ferma più rapidamente, poiché l'energia cinetica accumulata nel rotore viene dissipata nella resistenza dell'avvolgimento.

Come si può vedere in Fig. 41, la tensione applicata al motore non può essere maggiore della tensione sul pin Vc (controllo tensione). La tensione su questo pin non è lineare, ma è monotonicamente correlata alla tensione del motore, quindi viene utilizzata per il controllo della velocità.

La Figura 42 mostra l'uso del microcircuito ROHM BA6219B per controllare il motore CC dell'albero di trasmissione del videoregistratore. Anche qui, come sopra, i comandi F e R specificano il senso di rotazione. Sono forniti da un microcomputer che controlla il meccanismo di azionamento del nastro, la tensione di controllo Vc viene generata nel servoprocessore

Controllo del motore passo-passo

Per un motore passo-passo, la rotazione di un angolo minimo (passo) viene eseguita quando cambia la fase della tensione di alimentazione. Per un motore avente p coppie di poli, il passo è pari a π/(np). Per comodità di specificare il numero di passi nel codice binario, il numero di avvolgimenti viene scelto pari ad una potenza di 2 (solitamente 4). Le tensioni delle onde viaggianti che creano il campo magnetico rotante sono generate da segnali forniti digitalmente all'ingresso del circuito di controllo. Una caratteristica del funzionamento di un motore passo-passo è che dopo aver ruotato di un determinato angolo, il rotore deve mantenere la posizione occupata, ad es. la corrente deve fluire attraverso gli avvolgimenti. Pertanto, gli avvolgimenti sono alimentati dalla corrente anziché dalla tensione. Una versione visiva dello stadio di uscita del circuito di controllo del motore passo-passo è mostrata in Fig. 43.

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I segnali digitali D0 e D1, da cui si formano le tensioni ad onda progressiva, sono generati da un contatore invertitore CT2. Il comando di scrittura WR carica il contatore con il numero di passi NS. Il contatore conta finché il suo contenuto non è pari a zero. In questo momento, sull'uscita di trasferimento P appare lo zero e il conteggio si interrompe, poiché il segnale P chiude la valvola che fornisce impulsi della frequenza di passo FS all'ingresso di conteggio del contatore. La frequenza di stimolazione viene solitamente generata dalla frequenza dell'orologio da un contatore o timer. Il segnale FR specifica il senso di conteggio e quindi il senso di rotazione del motore. Il segnale STOP viene utilizzato per arrestare il motore.

I circuiti di controllo pratici hanno una logica di controllo più estesa, uno stadio di uscita a ponte e solitamente contengono un limitatore di corrente dell'ampiezza dell'impulso. La logica di controllo è solitamente integrata con segnali di inibizione e rotazione di fase. È installato uno stadio di uscita a ponte per cambiare la direzione della corrente nell'avvolgimento del motore quando alimentato da una sorgente unipolare. Il comando di rotazione di fase cambia la direzione della corrente: a seconda del suo valore, funzionano i transistor di una sola delle diagonali dello stadio di uscita. Il limitatore di corrente a larghezza di impulso serve a ridurre la potenza dissipata dallo stadio di uscita.

Il progetto di un tipico circuito di controllo di un motore passo-passo è mostrato in Fig. 44 (solo uno stadio di uscita).

L'ingresso di controllo della polarità P apre la valvola G1 o G2, quindi il segnale digitale dall'ingresso IN1 (ingresso fase 1) apre i transistor di solo una delle diagonali del ponte: T1, T4 a P = 1 e T2, T3 a P = 0. La polarità della tensione cambia di conseguenza, applicata all'avvolgimento del motore. Il limitatore dell'ampiezza dell'impulso è costituito da un resistore di misurazione della corrente, un comparatore e un timer. Il timer è costituito da un diodo, un circuito RC e un trigger Schmitt. Il limitatore stabilizza la corrente nell'avvolgimento al livello Imax =Vref/Rs come segue. Supponiamo che in un dato momento P = 1, IN1 = 1, Q = 1 (il condensatore del circuito temporizzatore RC è scarico), la tensione ai capi del resistore di misurazione della corrente Rs è inferiore a Vref: IL Rs < Vref (IL è la corrente che attraversa l'induttanza dell'avvolgimento). In questo caso, i transistor T1 e T4 sono aperti e la corrente IL aumenta gradualmente fino a Imax. Dopo l'attivazione del comparatore, il condensatore del circuito del timer RC verrà caricato tramite il diodo D. Per il tempo Tm (la durata della scarica del condensatore), i transistor T1 e T4 si chiuderanno. Durante questo tempo, all'avvolgimento viene applicata una tensione con polarità inversa e la corrente diminuisce della quantità dI = VL(Tm/L). VL = Vm - tensione sull'avvolgimento, L - induttanza dell'avvolgimento del motore. Dopo la fine dell'impulso del timer, i transistor T1 e T4 si apriranno e la polarità della tensione sull'avvolgimento cambierà nuovamente. La corrente nell'avvolgimento inizierà di nuovo ad aumentare e aumenterà della quantità dI quasi nello stesso tempo Tm, poiché durante la diminuzione della corrente la tensione sull'avvolgimento è quasi la stessa di durante l'aumento. Pertanto la corrente media Iw nell'avvolgimento è Iw = Imax - dI/2.

Il motore passo-passo può essere impostato per funzionare in modalità ruota libera, quindi la sua velocità sarà determinata dalla tensione applicata e dal carico sull'albero. Per fare ciò è necessario che gli impulsi da cui si formano le tensioni ad onda progressiva siano generati in funzione dell'angolo di rotazione del rotore, cioè la sua posizione. La progettazione e il funzionamento del circuito di controllo del motore passo-passo in modalità ruota libera sono mostrati in Fig. 45.

Per chiarezza, il motore in questione ha una coppia di poli del rotore e due avvolgimenti dello statore. Gli avvolgimenti sono collegati tramite resistori limitatori di corrente, le tensioni dei sensori vengono fornite agli ingressi dei trigger Schmitt. La Figura 45,c mostra tutte e quattro le possibili combinazioni dei segni di corrente negli avvolgimenti e le corrispondenti posizioni del rotore. Si trovano ad un angolo di 45° rispetto alla verticale, esattamente di fronte ai sensori di posizione. Quando il rotore si trova in prossimità del sensore, viene attivato il trigger corrispondente, di conseguenza, viene fornita corrente agli avvolgimenti, attirando il rotore al sensore successivo nella direzione di rotazione. Quando si ruota in senso negativo (in senso orario), il contatto dell'interruttore viene sollevato (FR = 1), la tensione V1 commuta la corrente I1 nell'avvolgimento 1, V0 - corrente I0 nell'avvolgimento 0. Nella posizione iniziale, quando non scorre corrente attraverso avvolgimenti, il rotore viene tirato verso il nucleo di una delle bobine, ad es. occupa una posizione ad un angolo di 0 o 90° rispetto alla verticale.

Quando viene applicata l'alimentazione, i grilletti verranno impostati su determinati stati e il rotore tenderà ad assumere la posizione corrispondente. Allo stesso tempo, raggiungerà o passerà accanto al sensore, provocando il lancio del grilletto corrispondente, dopodiché il rotore inizierà a ruotare in modo uniforme. Si tenga presente che la procedura di funzionamento e soprattutto di avviamento descritta è affidabile se i sensori generano tensione solo in base alla posizione, senza l'influenza della velocità del rotore. I sensori più semplici e affidabili con queste proprietà sono i sensori Hall, motivo per cui hanno praticamente sostituito tutti gli altri tipi di sensori utilizzati nei motori.

Un registratore a cassette di solito ha un motore DC, che non cambia la direzione di rotazione. La stragrande maggioranza dei registratori ha un motore con rotore a tre poli, il cui funzionamento e struttura sono mostrati in Fig. 45.

I requisiti per la stabilità della velocità sono soddisfatti da un circuito stabilizzatore che funziona misurando la tensione di autoinduzione del motore. Questa tensione è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione e può quindi fungere da sensore di velocità. Il circuito di stabilizzazione deve mantenere la tensione di autoinduzione pari a quella specificata.

La Figura 46 mostra uno dei diagrammi più visivi che implementa questa idea. In questo schema, la stabilizzazione della velocità viene effettuata confrontando le tensioni sul motore e sul suo modello. Il motore è rappresentato da un resistore Rm e da una sorgente di tensione Em. Il modello è costituito da un resistore R2 e da una sorgente di tensione di controllo Vc. Il resistore R2 rappresenta la resistenza del motore; Vc è la tensione di autoinduzione specificata. I resistori R1, Rm, R2, R3 formano un ponte per misurare la differenza di tensioni Vc ed Em. Con un guadagno sufficientemente grande, possiamo assumere V1 = V2, e il motore ruoterà ad una data velocità w0 indipendentemente dal carico sul suo albero.

La Figura 47 mostra uno schema a blocchi del circuito integrato Toshiba TA7768F, in cui la tensione di riferimento viene sottratta direttamente dalla tensione del motore. Per utilizzare questo microcircuito è necessario conoscere il rapporto di resistenza dei resistori R1/R2.

Per la velocità fissa, il circuito a tre pin più popolare (Fig. 48). In esso, una corrente kIm viene fornita al resistore R1 attraverso uno specchio di corrente, proporzionale alla corrente Im che scorre attraverso il motore. La corrente nel resistore R2 e la corrente consumata dal circuito di controllo fluiscono anche attraverso il resistore R1, quindi la corrente del motore deve essere sufficientemente grande da essere trascurabile.

Nei registratori con movimento inverso del nastro è necessario stabilizzare la velocità di rotazione del motore in entrambe le direzioni. Per fare ciò, uno stabilizzatore convenzionale è integrato con un interruttore per collegare il motore con una determinata polarità.

Quando si configurano i circuiti descritti, selezionare innanzitutto un resistore che simuli la resistenza degli avvolgimenti del motore, dalla condizione di minima influenza del carico sulla velocità del motore. Quindi viene selezionato un resistore che imposta la velocità di rotazione. Il motore dell'albero motore del videoregistratore viene utilizzato multifase per ridurre le irregolarità della sua rotazione e agli avvolgimenti vengono fornite tensioni sinusoidali. Nella stragrande maggioranza dei casi vengono utilizzati motori trifase con sensori Hall. La struttura del motore è mostrata in Fig. 49, a. Il suo funzionamento è lo stesso di un motore passo-passo.

Il circuito di Fig. 49a è costituito da tre blocchi (canali) identici, in ciascuno dei quali viene generata una tensione V per l'avvolgimento della propria fase. Il blocco è costituito da un sensore, un trigger Schmitt, un driver e uno stadio di uscita. Il motore ha un rotore bipolare, gli avvolgimenti si trovano di fronte ai sensori. Nel momento mostrato in Fig. 49, a, il polo nord del rotore si trova sul sensore della fase A, cioè Fino a quel momento la corrente scorreva attraverso l'avvolgimento della fase A, attirandovi il polo del rotore. Quando il rotore si avvicina al sensore della fase A, la tensione indotta in esso attiva il grilletto della fase A. Lanciando il grilletto si fa sì che la corrente venga fornita ad un'altra fase dell'avvolgimento a seconda del senso di rotazione: affinché il rotore ruoti in senso antiorario, esso è necessario fornire corrente all'avvolgimento della fase C e farlo ruotare in senso orario nell'avvolgimento della fase B. Il diagramma temporale dell'operazione è mostrato in Fig. 49, b.

La velocità di rotazione dell'albero motore è stabilizzata in base all'impulso di commutazione della testa, preciso in fase. L'impulso di commutazione della testa è un impulso di frequenza di frame simmetrico, legato unicamente ai campi di frame. Durante la registrazione, viene applicato un impulso alla testina di controllo e durante la riproduzione viene letto da essa. Lo schema a blocchi del controllo del motore dell'albero motore è mostrato in Fig. 50.

Il sensore di velocità è un disco dentato montato sul rotore del motore e un sensore di Hall situato sullo statore. La frequenza degli impulsi di tensione all'uscita del sensore Hall è direttamente proporzionale alla velocità del rotore. Il segnale proveniente dal sensore di velocità viene amplificato, limitato e inviato ai rilevatori di frequenza (FR) e fase (PD). I segnali di uscita dei rilevatori vengono sommati e inviati allo stadio di uscita. Ad esso vengono inviati anche i comandi di frenatura e di senso di rotazione. La tensione dello stadio di uscita viene fornita al motore.

I circuiti integrati di controllo motore includono solo le singole unità dello schema a blocchi di Fig. 50. Molto spesso include uno stadio di uscita e un amplificatore del sensore di velocità, poiché sono collegati direttamente al motore.

La Figura 51,a mostra lo schema a blocchi del microcircuito KA8329 (Samsung) e la Figura 51,b mostra l'HA13406W (Hitachi).

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Calcolo dei motori elettrici

I valori nominali del motore sono potenza, velocità di rotazione e tensione. La potenza del motore è espressa in watt. Non si tratta della potenza consumata dalla fonte, ma della potenza meccanica sull'albero. La scelta della potenza dipende dallo scopo del motore. Quindi, per giocattoli e modelli elettrici, è sufficiente una potenza fino a 3 W, per un piccolo ventilatore - 10-15 W, per una sega circolare - centinaia di watt. La potenza del motore è strettamente correlata alla velocità di rotazione.

Per una data potenza, maggiore è il regime del motore, minori sono le sue dimensioni e minori sono i materiali necessari. I motori DC e AC a spazzole possono essere progettati per qualsiasi velocità di rotazione (anche fino a 10000 giri/min). Ma, in base alle condizioni per un funzionamento affidabile delle spazzole sul commutatore, non è consigliabile costruire motori con una velocità di rotazione superiore a 5000 giri al minuto.

Per i motori asincroni di tutti i tipi, la velocità del rotore dipende dalla frequenza della corrente alternata, che rimane costante. Per i motori bipolari, che vengono utilizzati più spesso, la velocità sincrona a una frequenza di 50 Hz è di 3000 giri al minuto (tenendo conto dello scorrimento - 2900 giri al minuto). Tali velocità di rotazione vengono utilizzate raramente direttamente, solitamente tra il motore e il meccanismo condotto è installato un cambio.

La tensione del motore è determinata dall'alimentazione. Il motore elettrico di un'auto, ad esempio, si basa sulla tensione della batteria.

Il calcolo dei motori CC inizia con la determinazione di due dimensioni principali: il diametro e la lunghezza dell'armatura. Queste dimensioni sono incluse nella formula

D²l = Pa 10⁹/1,1 AS B n (cm³), (uno)

dove D è il diametro dell'ancora, cm; l - lunghezza dell'ancora, cm; Pa - potenza di progetto, W; AS - carico di armatura lineare, A/cm; B - induzione magnetica nel traferro, G; n - velocità di rotazione nominale, giri al minuto.

Il lato sinistro della formula (1) è proporzionale al volume dell'armatura. Come si vede dal lato destro della (1), il volume dell'ancora è proporzionale alla potenza del motore Pa ed inversamente proporzionale alla velocità di rotazione n. Da ciò possiamo concludere che maggiore è la velocità di rotazione dell'armatura del motore, minori sono le sue dimensioni e le dimensioni delle restanti parti del motore dipendono dalle dimensioni dell'armatura.

Potenza motore stimata

Pa = EI = P(1 + 2a)/3a (O), (2)

dove E è la forza elettromotrice indotta nell'avvolgimento dell'indotto quando ruota in un campo magnetico; I è la corrente consumata dal motore dalla sorgente A; P - potenza nominale del motore, W; y è il rendimento del motore, il cui valore può essere determinato dalla Fig. 52 (come si può vedere dalla curva, il valore del rendimento diminuisce bruscamente al diminuire della potenza del motore). La potenza del motore calcolata è sempre maggiore della potenza nominale.

Corrente assorbita dal motore

Io \u3d P / U y (A), (XNUMX)

dove U è la tensione nominale.

Definiamo l'EMF E:

E \u4d Pa / I (B). (quattro)

Carico lineare dell'indotto

AS = NI/2πD (A/cm). (5)

Nella formula (5), N indica il numero di conduttori dell'avvolgimento dell'armatura, i due al denominatore mostrano che la corrente totale dell'armatura I si dirama tra due conduttori dell'avvolgimento, il prodotto πD è la circonferenza dell'armatura.

Il carico lineare AS e l'induzione magnetica nel traferro B sono chiamati carichi elettromagnetici. Mostrano quanto pesantemente è caricato il motore elettricamente e magneticamente. Questi valori non devono superare un certo limite, altrimenti il ​​motore si surriscalda durante il funzionamento.

Il riscaldamento del motore dipende non solo dai carichi elettromagnetici, ma anche dal tempo di funzionamento. Alcuni motori funzionano per lunghi periodi di tempo senza fermarsi (motori dei ventilatori). Altri motori funzionano in modo intermittente, durante il quale hanno il tempo di raffreddarsi (motori di aspirapolvere, frigoriferi). Il funzionamento intermittente del motore è chiamato funzionamento intermittente.

Il carico lineare e l'induzione magnetica possono essere determinati utilizzando le Fig. 53 e 54 (dove l'asse orizzontale mostra la potenza nominale divisa per la velocità di rotazione nominale, ad esempio, con una potenza di 15 W e una velocità di 3000 giri al minuto, è necessario prendere il numero 5 sull'asse delle ascisse).

Passiamo alla formula (1). In esso, il diametro e la lunghezza dell'ancora sono legati tra loro da un certo rapporto. Indichiamo il rapporto l/D = k. Il valore di k per i piccoli motori varia da 0,7 a 1,2. Se è richiesto un motore con una lunghezza inferiore ma un diametro maggiore, scegliere k = 0,7. Al contrario, se il motore deve essere collocato in un tubo di piccolo diametro, allora si sceglie k = 1,2. Introducendo nella (1) il rapporto l/D = k, ci liberiamo di un'incognita l, e la formula (1) assume la seguente forma:

D = (Pa10⁹/1,1k AS B n)^1/3 (centimetro). (6)

Calcolato il valore di D, troviamo l attraverso il coefficiente k. Pertanto, vengono determinate le dimensioni principali del motore. Ora calcoliamo gli avvolgimenti dell'indotto. Per fare ciò, è necessario determinare il flusso magnetico del motore. Se l'induzione magnetica nel traferro viene moltiplicata per l'area attraverso la quale le linee elettriche entrano nell'armatura, otteniamo il flusso del motore

Ф = B atl, (7)

dove t è la divisione dei poli, cioè parte della circonferenza dell'armatura per polo. In un motore bipolare t = πD/2. Il coefficiente a è solitamente considerato pari a 0,65. Il valore di B si ricava dal grafico di Fig. 54. Il numero di conduttori dell'armatura è determinato dalla formula

N = E60⁸/F n. (otto)

Il numero di conduttori non può essere un numero intero. I conduttori dell'avvolgimento dell'indotto devono essere equamente distribuiti tra le cave dell'indotto. Il numero di scanalature Z è determinato dalla relazione Z = 3D. Si consiglia di prendere il numero dispari più vicino. Il numero di conduttori nella cava Nz = =N/Z deve essere pari per avvolgere l'avvolgimento in due strati. Questa scelta verrà illustrata con un esempio.

La sezione del filo per l'avvolgimento dell'indotto S può essere determinata dividendo la corrente nel conduttore I per la densità di corrente g: S = I/2g. Per selezionare la densità di corrente potete farvi guidare dalla curva 1 in Fig. 55.

Questa sezione è preliminare. Utilizzando un libro di consultazione (ad esempio "Componenti e materiali radio", p. 8), è necessario trovare la sezione trasversale di un filo standard che si avvicina di più a quella calcolata. Nella stessa tabella troveremo il diametro del filo d.

Ora determiniamo la dimensione della scanalatura. La sua sezione W, necessaria per accogliere i fili dell'avvolgimento,

W=d² Nz/Kz (mm²). (9)

Il coefficiente Kz è chiamato coefficiente di riempimento della scanalatura. Mostra quanto strettamente i conduttori riempiono la scanalatura. Quando calcoli, puoi prendere

Kz = 0,6-0,7.

Quando si realizza un ancoraggio, la sezione della scanalatura deve essere ancora maggiore di quella secondo la formula (9), poiché deve ancora accogliere un manicotto isolante 2 dello spessore di 0,2 mm ed un cuneo 3 di cartone dello spessore di 0,3 mm (Fig. 56).

L'area occupata dalla manica,

Sg = p tg (mm2), (10)

dove p - perimetro della scanalatura, mm; tg - spessore manica, mm.

zona del cuneo

Sc = hk bk (mm2), (11)

dove hk - spessore del cuneo, mm; bk - larghezza cuneo, mm.

Pertanto, la sezione trasversale totale della scanalatura è pari a Sp = W + Sg + Sk. Per una scanalatura rotonda il diametro può essere determinato dalla sua sezione trasversale completa dп = 2 Sp/п (mm).

Dopo aver determinato la dimensione della scanalatura secondo la Fig. 56, è possibile calcolare lo spessore del dente. Innanzitutto, troviamo il diametro del cerchio Dn su cui giacciono i centri delle scanalature. Per fare ciò, sottrarre il diametro della scanalatura + 1 mm dal diametro dell'armatura

D_n = D-(d_n +1).

Distanza tra slot adiacenti

t = pD_n/Z (mm),

spessore del dente

b_z = t-d_n (mm). (quattro)

Lo spessore del dente in un luogo stretto dovrebbe essere di almeno 2 mm. Se questo non funziona, è necessario ritagliare delle scanalature di forma complessa e, poiché ciò è difficile, è possibile aumentare il diametro dell'ancoraggio in modo da ottenere denti spessi almeno 2 mm. La fessura della scanalatura “a” deve essere 1 mm più grande del diametro del filo d_di.

Sezione trasversale della spazzola di carbone o grafite

S_щ = I/d_щ(5)

dove d_щ - densità di corrente sotto il cespuglio.

Passiamo al calcolo del sistema magnetico. Per un motore fatto in casa, il modo più semplice è utilizzare un sistema magnetico di tipo aperto (Fig. 57, dove 1 - carta impregnata; 2 - flangia; 3 - bobina).

Innanzitutto determiniamo il traferro q tra l'armatura e i poli. Nelle macchine DC viene utilizzato un traferro maggiore, che riduce l'effetto smagnetizzante del campo magnetico dell'armatura. Vuoto d'aria

q = 0,45 t AS/B (cm). (6)

Calcoliamo le dimensioni del sistema magnetico utilizzando l'induzione magnetica. Quando si calcola il sistema magnetico di poli e telaio, l'entità del flusso magnetico dovrebbe essere aumentata del 10%, poiché alcune linee elettriche sono chiuse tra i lati del telaio, bypassando l'armatura. Pertanto, il flusso magnetico dei poli e del telaio

Fst \u1,1d XNUMXF.

Accettiamo l'induzione nel frame Vst = 5000 Gs (0,5 T).

Determiniamo la lunghezza del letto Lst dallo schizzo in Fig. 58.

Se la forma del telaio corrisponde alla Fig. 59 (dove 1 è una bobina; 2 è un polo; 3 è un rivetto), allora il flusso del telaio Fst deve essere diviso a metà, poiché si biforca lungo due percorsi paralleli.

Nella Fig. 58, la linea tratteggiata mostra il percorso del flusso magnetico. È composto dalle seguenti sezioni: due interstizi d'aria, due denti, un ancoraggio e un telaio. Per scoprire quale forza magnetizzante Iw dovrebbe avere la bobina di campo, è necessario calcolare Iw per ciascuna di queste sezioni, quindi sommarle tutte.

Cominciamo con il traferro. Forza magnetizzante del traferro

I_w = 1,6 qkB, (7)

dove q è il traferro lato armatura (cm); k - coefficiente che può essere preso k = 1,1; B - induzione nel traferro (G).

Per determinare la forza magnetizzante (ns) dei denti dell'armatura, è necessario conoscere l'induzione nel dente. Determiniamo lo spessore del dente usando la formula (4). Il flusso magnetico entra nel dente attraverso la porzione di circonferenza dell'armatura per dente. Si chiama dentatura ed è determinata dalla formula

t₁ = pD/Z. (otto)

L'induzione nel dente sarà tante volte maggiore dell'induzione nel traferro quanto lo spessore del dente è inferiore alla divisione del dente. Inoltre si deve tenere conto del fatto che parte della lunghezza dell'armatura è occupata da strati isolanti tra le lastre, che ammontano al 10%. Pertanto, l'induzione nel dente

B_z = B_t/b_z 0,9. (9)

Secondo la tabella 2, questa induzione corrisponde all'intensità del campo Hz.

Tabella 2

Per calcolare il n.s. per due altezze dente Hz deve essere moltiplicato per la doppia altezza dente I_wz = H_z 2h_z. Nella tabella, l'induzione magnetica è mostrata nella colonna verticale, espressa in migliaia di gauss, e nella linea orizzontale - in centinaia di gauss. Se, ad esempio, l'induzione è 10500 G, allora il valore dell'intensità di campo richiesto si trova all'intersezione della riga 10000 e della colonna 500 (in questo caso 6,3). La forza magnetizzante può essere determinata moltiplicando la tensione per la lunghezza della linea di campo.

Quando si calcola l'induzione nel nucleo dell'indotto, è necessario tenere conto del fatto che il flusso magnetico al suo interno si ramifica e quindi solo la metà del flusso cade su una sezione. La sezione trasversale del nucleo dell'indotto (secondo Fig. 58) è uguale alla distanza h_a dalla base della cava all'albero, moltiplicata per la lunghezza dell'ancora h_a = G/2 - h_z - d_b/2. È inoltre necessario tenere conto degli strati isolanti tra i fogli. Pertanto, l'induzione nel nucleo dell'armatura

B_a = Ô/(2h_a0,9).

Secondo la tabella sopra, Ha corrisponde a questa induzione. Forza magnetizzante del nucleo dell'armatura I_w = HL_a, dove L_a - lunghezza della linea elettrica nel nucleo secondo la Fig. 58:

L_a = n(D - 2h_z - H_a)/2 (cm).

Come si può vedere in Fig. 58, questo motore non ha i poli sporgenti fusi con il telaio. Pertanto, il calcolo della parte stazionaria del circuito magnetico si riduce al calcolo del telaio.

La larghezza del telaio è determinata dall'induzione data B = 5000 Gs.

Quindi

b_cm = F_cm/5000 x l x 0,9 (cm).

L'intensità di campo Hcm per un'induzione di 5000 G si trova nella Tabella 2. Quando si determina la lunghezza della linea elettrica nel telaio, si incontra una difficoltà. Dopotutto, la lunghezza del lato del telaio dipende dallo spessore della bobina ed è sconosciuta. Pertanto prendiamo lo spessore della batteria pari a 30 valori di traferro. Determinata dallo schizzo la lunghezza della linea di forza nel telaio Lst, calcoliamo la forza magnetizzante (f.s.) per il telaio

Iw_secoli =L_secoli Н_secoli.

Ora aggiungiamo il n.s. tutti i siti

Iw₀ =Iw_d +Iw_z +Iw_a +Iw_secoli .

Tali n.s. dovrebbe creare una bobina quando il motore è al minimo, ma quando è carico apparirà un effetto smagnetizzante del campo magnetico dell'armatura. Pertanto, abbiamo bisogno di una riserva, che calcoliamo utilizzando la formula

Iw_p = 0,15 t AS (inversioni A). (dieci)

Il numero di spire della bobina può essere calcolato dalla Iw totale: w = Iw/I. Per determinare la sezione trasversale del filo, è necessario dividere la corrente per la densità di corrente (la determiniamo utilizzando la curva 2 in Fig. 55. Utilizzando le tabelle del libro di consultazione "Componenti e materiali radio" troviamo lo standard più vicino sezione e diametro del filo isolante d_di. Area occupata dalle spire della bobina, F = wd_di2 / k_з (k_з - fattore di riempimento). Dividere l'area F per la lunghezza della bobina (nello schizzo l_к) e ottieni la sua larghezza b_к = F/l_к.

Esempio di calcolo del motore CC

Dati nominali del motore: P = 5 W, U = 12 V, n = 4000 giri/min. Utilizzando la curva di Fig. 52, determiniamo l'efficienza del motore del 30%, utilizzando la formula (2): la potenza stimata del motore

Pa \u5d 1 (2 + 0,3x3) / 0,3x8,9 \uXNUMXd XNUMX W.

Per trovare i valori di AS e B utilizzando le curve delle Figure 53 e 54, calcoliamo il rapporto tra la potenza del motore, espressa in milliwatt, e la velocità di rotazione 5000/4000 = 1,25. Dalla Fig. 53 troviamo AS = 50 A/cm. Analogamente dalla Fig. 54 troviamo l'induzione nel traferro B = 2200 G. Prendiamo il rapporto l/D = 1. Sostituiamo i valori numerici dei valori calcolati nella formula (6) e troviamo il diametro dell'armatura D=(8,9x10⁹/1,1x50x2200x4000)^1/2 = 2,6 cm.

Con k = 1, la lunghezza dell'ancora è l = 2,61 = 2,6 cm.

Corrente di armatura secondo la formula (3)

I \u5d 0,3 / 12x1,4 \uXNUMXd XNUMX A.

EMF dell'avvolgimento dell'indotto secondo la formula (4)

E \u3,14d 2,6 1,4 / 6,3 \uXNUMXd XNUMX V.

Divisione dei poli dell'ancora t \u3,14d 2,6x2 / 4,1 \uXNUMXd XNUMX cm.

Flusso magnetico secondo la formula (7)

F \u0,65d 4,1x2,6x2200x15200 \uXNUMXd XNUMX.

Il numero di conduttori dell'avvolgimento dell'indotto secondo la formula (8) N = = 6,3x60x10⁸/15200x4000 = 620. Numero di slot dell'armatura z = 3x2,6 = 7,8. Arrotondiamo al numero dispari più vicino z = 7. Il numero di conduttori nella fessura Nz = =620/7= 88. Questo numero è divisibile per 2, quindi non è necessario arrotondarlo. La sezione del conduttore dell'avvolgimento dell'indotto con d=10A/mm2 s = 1,4/2x10 = 0,07 mm2.

Secondo la curva 1 Fig.55 con una sezione di 0,07 mm² devi prendere una densità di corrente di 8 A/mm2. Regoliamo la sezione del filo 0,07x10/8 = 0,085 mm² e diametro del filo 0,33 mm. Tenendo conto dello spessore dell'isolamento, il diametro del filo isolato è di 0,37 mm². La sezione trasversale della scanalatura secondo la formula (9) S = diz2 88/0,7 = 17,2 mm2. Il diametro del cerchio occupato dai conduttori dell'avvolgimento d0 = (4x17,2/3,14)1/2 = 4,7 mm. Il perimetro del manicotto isolante è p = 3,14x4,7 = 14,7 mm. Area della scanalatura occupata dalla manica secondo la formula (10) Sg = 14,7 0,2 = 2,9 mm². L'area della scanalatura occupata dal cuneo, secondo la formula (11) Sк = 0,3 3 = 0,9 mm². Sezione trasversale totale della cava Sp = 17,2 + 2,9 + 0,9 = 21 mm². Diametro della scanalatura dп = (4x21/3,14)1/2 = 5,2 mm. Il diametro del cerchio su cui si trovano i centri delle scanalature è Dп = 26 - (5,2 + 1) = 19,8 mm. La distanza tra scanalature adiacenti è 3,14 19,8/7 = 8,9 mm. Lo spessore del dente nel punto stretto è bz = 8,9 - 5,2 = 3,7 mm. Scanalatura a = 0,37 + 1 = 1,37 mm. Numero di piastre collettrici K = 7. Sezione spazzola Ssh = 1,4/6 = 0,23 cm². Puoi prendere una spazzola quadrata con dimensioni laterali di 5 x 5 mm. Il traferro tra l'armatura e il polo secondo la formula (6, RE 10/2000) è pari a 0,45x4,1x50/2200 = 0,4 mm.

Per determinare il n.s. bobine, calcoleremo il circuito magnetico secondo la Fig. 58. N.s. traferro secondo la formula (7, RE 10/2000) Iwd = 1,6x0,04x1,1x2200 = 155 A-giri.

Divisione del dente secondo la formula (8, RE 10/2000) t1 = 3,14x2,6/7 = 1,2 cm Induzione nel dente secondo la formula (9, RE 10/2000) Bz = 2200x1,2/0,37x0,9 , 8000 = 10 G. L'intensità del campo del dente secondo la tabella (RE 2000/10, pag. 4,05) Hz = 4,05. N.s. denti Iwz = 2x0,57x4,6 = 15200 Avitkov. Induzione nel nucleo dell'indotto Ba = 2/0,5x2,6x0,9x6500 = 3,2 Gs. Secondo la stessa tabella per questa induzione Ha = 3,2. N.s. per il nucleo dell'indotto Iw = 1,5x4,8 = 1,1 A-spire. Determiniamo il n.s. per parti stazionarie del circuito magnetico. Flusso magnetico del telaio Fst = 15200x16700 = XNUMX.

Ipotizziamo un'induzione nell'ordine di 5000 G. Quindi la larghezza del telaio bst = 16700/5000x2,6x0,9 = 1,4 cm Secondo la tabella l'induzione di 5000 G corrisponde al valore Hst = 2,5. Per determinare la lunghezza della linea di forza nel telaio, prendiamo lo spessore della bobina bk = 30d = 30x0,04 = 1,2 cm Dalla Fig. 58 determiniamo la lunghezza media della linea di forza Lst = 4,5 cm N.s. telaio Iwct = 2,5x4,5 = 11 A-giri. Ora aggiungiamo il n.s. di tutte le sezioni Iw0 = 155 + 4,6 + 4,8 + 11 = 175 giri A.

Forza di smagnetizzazione secondo la formula (10) Iwp = 0,15x4,1x50 = 31 A giro. Allora n.s. al carico del motore Iw = 175 + 31 = 206 giri A. Il numero di spire della bobina è w = 206/1,4 = 147 spire. Supponiamo che la densità di corrente nella bobina sia 5 A/mm², allora la sezione del filo è s = 1,4/5 = 0,28 mm2. La sezione trasversale più vicina di un filo standard è s = 0,273 mm² e diametro del filo 0,59 mm. Il diametro del filo isolato è 0,64 mm. Area occupata dalle spire della bobina F = 147x0,642/0,7 = 86 mm². La lunghezza della bobina secondo la Fig. 58 è lк = 12 mm. Quindi lo spessore della bobina bk = 86/12 = 7,2 mm.

Calcolo di motori asincroni monofase

Impostiamo la potenza del motore P (W), la tensione U (V) e la velocità di rotazione n (rpm). Potenza nominale del motore

Valore η cos φ è preso dalla curva di Fig.60.

Diametro esterno statore

Da = (14Pa)^1/3 (centimetro). ( 2 )

Diametro interno dello statore

D = 0,55 Da (cm). ( 3 )

Lunghezza statore l = D (cm). Divisione polare t = 3,14 D/2 (cm). Selezioniamo l'induzione magnetica nel traferro B secondo la curva di Fig. 54. Il flusso magnetico, come sopra, è determinato dalla formula Ф = a B t l. Per i motori monofase è possibile selezionare il valore “a” pari a 0,72.

Il numero di cave dello statore per motori con avvolgimento di avviamento commutabile viene scelto come multiplo di 6. Per motori con potenza fino a 10 W si possono prendere 12 cave dello statore. Di questi, 8 saranno occupati dall'avvolgimento di lavoro e 4 dall'avvolgimento di avviamento. Per motori di potenza superiore sono necessarie 18 cave statoriche (12 cave sono l'avvolgimento di lavoro, 6 sono l'avvolgimento di avviamento). Numero di giri dell'avvolgimento di lavoro

w_p = U10^6/2,5°F. ( 4 )

Il numero di conduttori nella scanalatura dell'avvolgimento di lavoro

N_z = 2w_p/z_p, ( 5 )

dove z_p - il numero di slot occupate dall'avvolgimento di lavoro. Corrente nell'avvolgimento di lavoro

io = p_a/U(A). ( 6 )

Sezione del conduttore dell'avvolgimento di lavoro S = I/d. Troviamo il diametro del filo nell'isolamento come sopra. Le dimensioni delle scanalature sono determinate in modo simile al calcolo dei motori DC. L'avvolgimento iniziale occupa 1/3 delle cave dello statore. Il numero di giri dell'avvolgimento iniziale dipende da quale elemento viene acceso in serie con l'avvolgimento iniziale all'avvio. Se la resistenza attiva funge da elemento, il numero di giri dell'avvolgimento iniziale è 3-4 volte inferiore al numero di giri dell'avvolgimento di lavoro. Ma occupa 2 volte meno slot, quindi in ogni slot ci saranno 1,5-2 volte meno giri rispetto allo slot dell'avvolgimento funzionante. Avvolgiamo l'avvolgimento iniziale con lo stesso filo di quello di lavoro. Se utilizziamo un condensatore come elemento di partenza, il numero di giri dell'avvolgimento iniziale è uguale al numero di giri dell'avvolgimento di lavoro.

Affinché l'avvolgimento iniziale possa adattarsi alle sue scanalature, la sezione trasversale del filo deve essere considerata pari alla metà di quella dimensione. Lo schema di avvolgimento e l'ordine di posizionamento nelle scanalature sono mostrati in Fig. 61.

Il numero di slot del rotore viene selezionato in base al numero di slot dello statore. Con 12 slot dello statore, puoi occupare 9 slot del rotore e con 18 slot dello statore, puoi occupare 15 slot del rotore. Selezioniamo il diametro della scanalatura del rotore in modo che la sezione trasversale totale delle aste del rotore sia 1,5-2 volte maggiore della sezione trasversale totale dei conduttori dell'avvolgimento dello statore funzionante. Le aste di rame devono essere inserite nelle scanalature del rotore e saldate agli anelli di chiusura alle estremità del rotore. La sezione dell'anello di chiusura dovrebbe essere circa tre volte maggiore della sezione dell'asta. La coppia di avviamento del motore dipende dalla resistenza dell'avvolgimento del rotore, pertanto, per un motore con una coppia di avviamento elevata, le aste del rotore devono essere in ottone o bronzo. Il traferro tra lo statore e il rotore nei motori asincroni dovrebbe essere mantenuto il più piccolo possibile. Nei motori prodotti in fabbrica, la distanza è solitamente di 0,25 mm. Nei motori fatti in casa 0,3-0,4 mm.

La capacità del condensatore di avviamento per i motori a bassa potenza è solitamente di 3-10 µF. Va tenuto presente che ai terminali del condensatore viene generata una tensione che supera notevolmente la tensione di rete, quindi i condensatori devono essere tarati ad una tensione pari a tre volte la tensione di rete. Al diminuire della tensione, la capacità del condensatore aumenta secondo una legge quadratica, quindi per una tensione operativa di 12 V sarebbe necessario utilizzare condensatori di grande capacità (fino a 1000 µF).

Un esempio di calcolo di un motore asincrono monofase

Dati nominali: potenza 3 W, tensione 220 V, velocità di rotazione 3000 giri/min, funzionamento motore intermittente. Utilizzando la curva in Fig. 60 troviamo il prodotto η cosφ = 0,25.

Potenza motore stimata secondo la formula (1) P_а = 3/0,25 = 12 V.A. Diametro esterno dello statore secondo la formula (2)

D_a =(14x12)^1/3 = 5,5 cm.

Per semplificare, prendiamo la forma dello statore come un quadrato, descritto attorno al diametro esterno (Fig. 62).

Il diametro interno dello statore secondo la formula (3) D = 0,55x0,55 = 3 cm Lunghezza dello statore l = 3 cm Divisione polare t = 3,14x3/2 = 4,7 cm Induzione magnetica nel traferro lungo la parte superiore curva (vedi Fig. 54) è pari a 2800 Gs, ma con statore quadrato deve essere aumentata a 4000 Gs. Flusso magnetico Ф = 0,72x4000x4,7x3 = 40600 Il numero di cave dello statore è 12, di cui 8 per l'avvolgimento di lavoro, 4 per l'avvolgimento di avviamento Numero di spire dell'avvolgimento di lavoro secondo (4)

w_p = 220x10⁶/2,5x40600 = 2170 giri.

Il numero di conduttori nella scanalatura dell'avvolgimento di lavoro N_z = 2x2170/8 = 542. Intensità di corrente nell'avvolgimento di lavoro secondo la formula (6) I = 12/220 = 0,055 A. Con densità di corrente d = 5 A/mm² sezione del filo s = 0,055/5 = 0,011 mm². Questa sezione corrisponde ad un diametro del filo PEL in isolamento di 0,145 mm. Con un fattore di riempimento della cava da parte dei conduttori pari a 0,5, l'area della cava occupata dai conduttori è s = 0,1452x542/0,5 = 27 mm². Il diametro del cerchio occupato dai conduttori dell'avvolgimento, d₀ = (4x27/3,14)1/2 = 5,9 mm. Il perimetro del manicotto isolante è p = 3,14x5,9 = 18,3 mm. Zona della scanalatura occupata dal manicotto, S_z = 18,3x0,2 = 3,7 mm². Area della scanalatura occupata dal cuneo Sc = 0,3x3 = 0,9 mm². Sezione trasversale totale della cava S = 27 + 3,7 + 0,9 = 31,6 mm2. Diametro gola dn = (4x31,6/3,14)1/2 = 6,3 mm, arrotondato a 6,5 ​​mm. Diametro del cerchio su cui si trovano i centri delle scanalature, D_n = 30 + (6,5 + 1) = 37,5 mm.

La distanza tra le scanalature adiacenti è t = 3,14x37,5/12 = 9,6 mm. Lo spessore del dente nel punto stretto è bz = 9,6 - 6,5 = 3,1 mm. Scanalatura a = 0,145 + 1 = 1,145 mm, arrotondata a 1,2 mm.

Si presuppone che il traferro sia di 0,3 mm. Diametro rotore Dp = 30 - 2x0,3 = 29,4 mm. Il numero di slot del rotore è 9. La sezione trasversale totale del rame nelle slot dell'avvolgimento dello statore funzionante è 0,011x542x8 = 47 mm². La sezione totale del rame nelle cave del rotore è 47x1,5 = 70,5 mm2. Sezione asta rotore 70,5: 9 = 7,8 mm². Diametro asta rotore (4x7,8/3,14)^1/2 = 3,1 mm. Il diametro del filo standard più vicino è 3,05 mm. Il diametro della scanalatura del rotore con un margine per l'inserimento delle aste è 3,05 + 0,25 = 3,3 mm. Il diametro del cerchio su cui si trovano i centri delle fessure del rotore è 29,4 - (3,3 + 1) = 25,1 mm. La distanza tra le scanalature adiacenti è 3,14x25,1/9 = 8,7 mm. Lo spessore del dente del rotore nel punto stretto è 8,7 - 3,3 = 5,4 mm.

Autore: AD Pryadko

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